Научный архив: статьи

Для широкого применения полиэтиленовых труб при строительстве газопроводов в регионах очень холодного климата необходима разработка оперативной технологии сварки с целью выполнения ремонтно-восстановительных работ без использования теплых укрытий. Предлагается технология оперативной электромуфтовой сварки полиэтиленовых труб при низких температурах на открытом воздухе с управляемой кристаллизацией материала сварного шва. Сокращение времени выполнения соединения достигается предварительным подогревом с помощью закладного нагревателя и выравнивания температур путем свободного охлаждения. Расчет температурного режима сварки методом конечных элементов показал, что при последующем нагреве по режиму сварки в нормальных условиях объем расплава соответствует объему расплава сварки при допустимой температуре воздуха. Для соблюдения режима кристаллизации расплава полиэтилена в условиях низких температур, характерных для сварки при допустимых температурах воздуха, предлагается изменение мощности нагревателя по времени. Для определения временной зависимости мощности закладного нагревателя, обеспечивающей соответствующую кристаллизацию материала сварного шва и зоны термического влияния, решена обратная задача теплопроводности методом градиентной минимизации функционала. На основе решения несвязанной термоупругой задачи с использованием программного средства Dolfin/FEniCS проведен сравнительный анализ влияния распределений температур на сварочные напряжения при сварке по предлагаемой и стандартной технологиям. Расчетами показано, что при сварке с управляемой кристаллизацией напряжения между трубой и муфтой находятся в допустимом диапазоне. Исследования с помощью растрового электронного микроскопа JEOL JSM-7800F надмолекулярных структурных образований в материале зоны термического влияния показали, что предлагаемая технология управляемой кристаллизации обеспечивает формирование в зоне термического влияния сферолитов с размерами, характерными для сварки в нормальных условиях.

Управляющими параметрами теплового процесса сварки полипропиленовых труб при температурах воздуха ниже нормативных являются продолжительность предварительного подогрева и охлаждения для выравнивания температур и размеры теплоизоляционной камеры. Предлагаются методики определения управляющих параметров из условия протекания теплового процесса при низких температурах по закономерности близкой динамике температурного поля при сварке в условиях допустимой температуры окружающего воздуха.

Для системы подшипников скольжения с невысокой скоростью вращения вала предлагается метод тепловой диагностики трения, позволяющий по температурным данным определять моменты сил трения. Приводится алгоритм решения обратной задачи теплообмена для восстановления фрикционного теплообразования и, соответственно, моментов трения в системе подшипников методом итерационной регуляризации. Эффективность метода тепловой диагностики трения в системе подшипников скольжения подтверждается экспериментально.